氫是替代化石燃料的最清潔能源載體，在優化全球能源結構和實現碳中和方面發揮著關鍵作用。光催化制氫被認為是將太陽能轉化為氫氣的一條有吸引力的綠色途徑。近年來，聚合物氮化碳(PCN)由于具有合適的帶隙、易于合成和優異的光催化活性而受到廣泛關注。

并且，與金屬氧化物半導體相比，它具有無金屬、成本低、可見光響應、無毒、物理化學穩定性高等優點。然而，由于光生載流子遷移緩慢和復合嚴重，純PCN的光催化效率仍不理想。因此，要實現高效的太陽能制氫，仍然需要進一步提高光生載流子的分離和轉移效率。

近日，重慶大學陳蓉課題組制備了一種以β-SiC為核，聚合物氮化碳(PPCN)為殼的β-SiC@PPCN核殼結構光熱催化劑，用于高效光熱催化水分解產氫。結果表明，與純PPCN和β-SiC相比，β-SiC@PPCN異質結在室溫下具有更高的產氫速率(6770 μmol g^-1 h^-1)；當β-SiC@PPCN異質結上同時發生光催化和熱催化時，產氫速率進一步提高到13046.7 μmol g^-1 h^-1。

此外，β-SiC@PPCN在λ= 365 nm處的表觀量子產率(AQY)為2.89%，具有優異的單色光光催化活性；同時，其經歷5次光催化劑循環后的產氫性能沒有發生明顯衰減，表現出優異的反應穩定性。

理論計算和機理實驗結果顯示，最優的β-SiC-50@PPCN異質結界面光生載流子轉移的增強和吸附水的活化共同促進了光熱催化制氫。具體而言，以PPCN為殼、β-SiC為核的核殼結構，不僅增強了β-SiC的穩定性，而且在PPCN和β-SiC之間產生了內建電場，從而增強了光生載流子的傳輸，延長了載流子的壽命。同時，由于異質結的形成，水分解的能壘從2.6 eV降低到1.6 eV，而氫的脫附則向放熱反應方向移動，這在熱力學上是有利的。

另一方面，核殼結構的β-SiC-50@PPCN異質結的產氫性能也受運行溫度的影響較大。在60 °C以下，溫度的升高主要有助于電子和空穴的分離，抑制復合；60 °C以上，溫度升高主要是吸附水的活化，水分子解離的能壘可以從1.6 eV進一步降低到1.3 eV。綜上，β-SiC-50@PPCN異質結的構建對于抑制光生載流子復合和降低吸附水的表觀活化能具有重要意義。

Core–Shell β-SiC@PPCN Heterojunction for Promoting Photo-Thermo Catalytic Hydrogen Production. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c02053